Bau von pho­to­ni­schen Quan­ten­pro­zes­so­ren

  • Photonische Schaltkreise gelten als vielversprechender Technologieansatz für das Quantencomputing.
  • Nach vier Jahren sollen in dem ausgeschriebenen Projekt Systeme mit mehr als 100 Qubits möglich sein.
  • Das DLR bindet Unternehmen, Start-ups und andere Forschungseinrichtung in die DLR-Initiative Quantencomputing ein.

Die Ausschreibung ist abgeschlossen.

Im Rahmen der DLR Quantencomputing-Initiative des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sollen innerhalb der nächsten vier Jahre prototypische Quantencomputer unterschiedlicher Architekturen gebaut werden.

„Wir arbeiten dazu mit Unternehmen, Start-ups und anderen Forschungseinrichtungen zusammen. Ziel ist, gemeinsam die Entwicklungsarbeiten von Hard- und Software sowie Anwendungen für Quantencomputer voranzutreiben“, betont Prof. Dr.-Ing. Anke-Kaysser-Pyzalla, die Vorstandsvorsitzendes des DLR. „Dazu werden die notwendigen Kompetenzen von der Forschung und Entwicklung bis hin zu innovativen Anwendungsfeldern konsequent aufgebaut. Das DLR bringt dabei seine eigenen Fähigkeiten aus der Forschung und Entwicklung ein.“

Das DLR wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit Ressourcen für Entwicklung und Bau von Quantencomputern und Entwicklung von Software ausgestattet. Dazu vergibt das DLR in großem Umfang Aufträge an Unternehmen in einem wettbewerblichen Verfahren.

Einzelne Lichtteilchen werden zu Rechenbausteinen

Es gibt unterschiedliche Konzepte für die Entwicklung von Quantencomputern. Die Prozessoren könnten zum Beispiel mit Ionenfallen oder sogenannten NV-Zentren (Stickstoff-Fehlstellen) realisiert werden. Ein weiterer Technologieansatz für das Quantencomputing sind photonische Schaltkreise. In diesem Fall basieren die Qubits – also die Rechenbausteine – auf Lichtteilchen: Bei photonischen Plattformen werden die Quantenteilchen des Lichts (die „Photonen“) als Träger der Informationen genutzt. Der Vorteil: Die Plattformen können bei Raumtemperatur betrieben werden, sie lassen sich besonders einfach mit Quantenkommunikationstechnologien verbinden und ihr Skalierungspotential ist erheblich. Dennoch wurden Quantenprozessoren auf photonischer Basis im Vergleich zu anderen Systemen bisher weniger weit entwickelt.

Das DLR hat hierzu jetzt eine weitere Ausschreibung veröffentlicht. Das Ziel ist die Beschaffung eines prototypischen, photonischen Quantenprozessors, der skalierbar und fehlerkorrigierbar ist. Auf ihm sollen generische Algorithmen mit hoher Nutzerfreundlichkeit ausgeführt werden können. In mehreren Phasen soll die Zahl von Eingangsmoden und photonischen Qubits wachsen. Der Bau erfolgt in zwei Stufen auf mindestens 64 photonische Qubits. Die erste Stufe (acht Qubits) soll nach drei Jahren erreicht sein, die zweite nach der Gesamtprojektlaufzeit von vier Jahren – mit der Möglichkeit zur Skalierung auf Systeme mit mehr als 100 Qubits.

Schnelle Berechnungen mit Qubits

Quantencomputer sind eine wichtige Technologie für die Zukunft: Sie können Berechnungen und Simulationen auf spezifischen Einsatzgebieten wesentlich schneller als klassische Supercomputer durchführen. Ihr Einsatz ist zum Beispiel im Verkehrs- und Energiebereich, aber ebenso bei der Grundlagenforschung oder dem Betrieb von Satelliten möglich. Quantencomputer arbeiten auf Basis der Quantenphysik. Ihre Quantenbits (Qubits) können die Zustände 0 und 1 gleichzeitig einnehmen – und nicht nur nacheinander, wie die klassischen Computer. Das wiederum macht Quantencomputer so leistungsfähig. Im DLR arbeiten bereits mehrere Institute mit Quantentechnologien. Auch im DLR besteht ein großer Bedarf, in Zukunft an und mit Quantencomputern zu forschen.